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光催化—膜组合工艺去除腐殖酸试验研究

作　者: 李力争
导　师: 于水利
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 光催化 硅胶负载TiO2 光催化—膜组合工艺 腐殖酸
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


以二氧化钛为催化剂的光催化氧化技术作为一种高级氧化技术,具有很强的氧化能力。本论文采用溶胶—凝胶法制备了硅胶负载型TiO2,并以硅胶负载型TiO2为光催化剂,利用光催化—膜分离组合工艺实现了光催化降解腐殖酸的连续性试验。主要进行如下研究:采用X射线衍射仪(XRD)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对硅胶负载型TiO2进行表征分析。结果表明,硅胶负载型TiO2为锐钛矿晶型,并且在催化剂硅胶表面形成了Ti-O-Si化学键说明负载作用十分有效。论文考察了光催化剂对腐殖酸的吸附和降解效能,发现光催化剂对腐殖酸的吸附主要集中于小分子量有机物,光催化降解反应能够降解原水中的腐殖酸类物质,但对其的矿化率只有72%左右。通过光催化剂投加量,曝气等操作条件和原水中腐殖酸初始浓度,pH值,反应温度以及无机离子等影响因素的变化考察了他们对光催化降解腐殖酸的反应速率常数以及对腐殖酸降解效能的影响,较大的催化剂投加量,向反应器内充入氧气,较小的腐殖酸浓度,较低pH值,较高反应温度都会对光催化降解腐殖酸反应产生促进作用。论文考察了光催化—膜组合工艺对腐殖酸的去除效能,发现组合工艺对腐殖酸的处理效果比较稳定,膜出水水质基本不受催化剂投加量、膜通量、运行方式和曝气等操作条件的影响,也不会受到原水腐殖酸浓度和所含无机离子的影响。这是由于膜表面形成了由TiO2颗粒组成的污染层,该污染层能够起到对有机物的吸附和截留的作用。但这些操作条件对膜反应器内的光催化降解反应会有一定影响,较大的光催化剂投加量、较大的膜出水通量、较小的原水腐殖酸浓度以及间歇曝气式运行都会使得光催化连续反应时间有所延长。在原水中加入无机离子都会对组合工艺产生负面影响。所以光催化—膜组合工艺运行过程中,采用光催化剂投加量为3g/L,膜通量为0.9L/h的间歇以及曝气式运行方式为较佳的运行条件。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 课题研究背景  8-9
    1.1.1 水资源污染现状  8
    1.1.2 去除天然有机物的方法及其优缺点  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-18
    1.2.1 降解腐殖酸  9-10
    1.2.2 光催化剂的制备及负载方法  10-12
    1.2.3 光催化降解机理  12-13
    1.2.4 光催化反应动力学  13-14
    1.2.5 光催化反应影响因素  14-15
    1.2.6 无机离子对光催化反应的影响  15-16
    1.2.7 低压膜组合工艺  16-17
    1.2.8 光催化—膜组合工艺  17-18
  1.3 研究目的及意义  18
  1.4 研究内容  18-20
第2章 试验材料与分析方法  20-32
  2.1 试验装置  20-21
    2.1.1 光催化反应器  20
    2.1.2 光催化—膜组合反应器  20-21
  2.2 试验方法  21-25
    2.2.1 吸附等温线方法  21-22
    2.2.2 紫外吸光度(UV_(254))分析方法  22-23
    2.2.3 总有机碳(TOC)分析方法  23
    2.2.4 色度(Color_(436))分析  23
    2.2.5 测定溶解氧(DO)和pH 值的方法  23
    2.2.6 荧光分光光度法测定羟基自由基方法  23
    2.2.7 凝胶色谱分析方法  23-24
    2.2.8 X 射线衍射分析  24
    2.2.9 傅里叶变换红外光谱分析  24-25
    2.2.10 紫外—可见吸收光谱分析法  25
  2.3 试验用水  25-26
    2.3.1 腐殖酸性质  25-26
    2.3.2 配水方法  26
  2.4 硅胶负载型TiO_2 的制备及表征  26-29
    2.4.1 硅胶负载型TiO_2 的制备  26
    2.4.2 硅胶负载型TiO_2 的表征  26-29
  2.5 试验试剂与仪器  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章 光催化—膜组合工艺操作条件研究  32-45
  3.1 光催化降解腐殖酸反应动力学方程  32-33
  3.2 静态试验研究操作条件对光催化降解腐殖酸的影响  33-38
    3.2.1 光催化剂投加量对光催化反应的影响  33-34
    3.2.2 曝气条件对光催化反应的影响  34-38
  3.3 动态试验研究组合工艺去除腐殖酸的操作条件  38-44
    3.3.1 不同光催化剂投加量  38-39
    3.3.2 不同膜通量  39-41
    3.3.3 曝气条件  41-42
    3.3.4 不同运行方式  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 光催化—膜组合工艺去除腐殖酸效能研究  45-54
  4.1 静态光催化降解腐殖酸效能分析  45-47
    4.1.1 紫外吸光度，色度和总有机碳分析  45-46
    4.1.2 特殊紫外吸光度(SUVA_(254))分析  46-47
    4.1.3 分子量分布分析  47
  4.2 动态工艺去除腐殖酸效能分析  47-52
    4.2.1 去除总有机碳效能分析  48-49
    4.2.2 有机物芳香性分析  49-51
    4.2.3 分子量分布分析  51-52
  4.3 本章小结  52-54
第5章 光催化—膜组合工艺去除腐殖酸影响因素研究  54-70
  5.1 静态反应影响因素研究  54-62
    5.1.1 腐殖酸初始浓度影响  54-55
    5.1.2 pH 值影响  55-56
    5.1.3 反应温度影响  56
    5.1.4 无机离子影响  56-62
  5.2 动态工艺影响因素研究  62-68
    5.2.1 腐殖酸初始浓度影响  62-64
    5.2.2 无机离子影响  64-68
  5.3 本章小结  68-70
结论  70-72
参考文献  72-79
攻读学位期间发表的学术论文  79-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 给水工程（上水道工程） > 净水工程（给水处理）
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